中体积分数SiCp/Al复合材料的制备和微结构及性能研究

发布时间：2023-03-24 18:19

　　本文以光学/仪表级复合材料为应用背景,以高比模量、高比强度、低膨胀、高导热及高尺寸稳定性等性能为目标进行了材料设计,通过添加30%⁴0%,3μm⁴0μm的Si C颗粒到2024铝合金基体中,利用粉末冶金法制备复合材料获得上述性能。采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜、热膨胀仪、电子拉伸机、硬度计、X射线衍射仪(XRD)、激光热导仪和gleeble热力模拟机等手段研究了Si C颗粒的加入对Si Cp/Al复合材料显微组织、力学性能、热物理性能和热加工性能等的影响,并深入研究了其作用机理。研究工作及主要结果如下:(1)综合研究了热压烧结工艺参数如热压温度,热压压力和保温时间等对Si Cp/Al复合材料性能和组织的影响,优化成型工艺,探求有利于提高复合材料界面结合和力学性能的工艺方案,并获得了制备工艺参数对复合材料力学性能的影响规律,确立了Si Cp/Al复合材料的最优制备工艺为热压温度580℃,热压压力70⁸0MPa,保温时间3h;研究了热处理工艺参数影响Si Cp/Al复合材料力学性能的规律,...

【文章页数】：170 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 选题意义
    1.2 中体积分数SiCp/Al复合材料的应用研究概况
        1.2.1 SiCp/Al复合材料的分类
        1.2.2 中体积分数SiCp/Al复合材料的应用
    1.3 粉末冶金法制备SiCp/Al复合材料的制备工艺、性能和强化机制
        1.3.1 制备工艺
        1.3.2 力学性能
        1.3.3 强化机制
        1.3.4 复合材料的断裂损伤研究
    1.4 SiCp/2024Al复合材料微观组织结构及界面特性
        1.4.1 位错结构与行为
        1.4.2 界面状况
        1.4.3 时效析出行为
    1.5 SiCp/2024Al复合材料热物理性能
        1.5.1 复合材料热膨胀性能
        1.5.2 热膨胀系数的物理模型
        1.5.3 导热性能
        1.5.4 复合材料导热系数的理论模型
    1.6 热加工性能研究
        1.6.1 SiCp/Al复合材料高温流变行为的研究
        1.6.2 复合材料的加工图
        1.6.3 动态再结晶
    1.7 本论文的研究目的和主要研究内容
第二章 试验材料、研究方法及制备工艺研究
    2.1 本试验主要材料
    2.2 试验方法
        2.2.1 拉伸实验
        2.2.2 硬度测试
        2.2.3 显微组织观察
        2.2.4 X射线衍射分析
        2.2.5 热压缩变形试验
        2.2.6 热膨胀系数
        2.2.7 导热系数
        2.2.8 密度的测定
        2.2.9 差热分析
    2.3 SiCp/Al复合材料的制备流程
    2.4 SiCp/Al复合材料的制备工艺优化研究
        2.4.1 热压烧结温度对复合材料性能及组织的影响
        2.4.2 热压压力和保温时间的确定
        2.4.3 复合材料热处理工艺研究
    2.5 小结
第三章 SiCp/Al复合材料的力学性能研究
    3.1 前言
    3.2 SiCp/Al复合材料的微观组织
        3.2.1 SiC颗粒分布情况
        3.2.2 复合材料的显微组织
        3.2.3 界面及位错形态
        3.2.4 析出相特点
    3.3 SiC颗粒对复合材料力学性能的影响
        3.3.1 SiC颗粒尺寸及体积分数对材料力学性能的影响
        3.3.2 断裂行为
    3.4 SiCp/Al复合材料的强化机制
        3.4.1 微观力学强化
        3.4.2 微观结构强化
        3.4.3 综合强化模型的建立
    3.5 复合材料力学性能的工程意义
    3.6 小结
第四章 SiCp/Al复合材料的界面结构研究
    4.1 引言
    4.2 SiC和基体的界面
        4.2.1 复合材料中SiC/Al界面形貌
        4.2.2 SiC/Al间的界面结构及晶体学位向关系
            4.2.2.1 干净界面
            4.2.2.2 轻微反应型界面
            4.2.2.3 非晶层界面
            4.2.2.4 SiC和基体界面状况分析
    4.3 复合材料中的析出相与基体的界面
        4.3.1 复合材料时效过程中析出相形貌
        4.3.2 复合材料时效过程中析出相与基体界面
    4.4 小结
第五章 SiCp/Al复合材料的热物理性能研究
    5.1 引言
    5.2 SiCp/Al复合材料的热膨胀性能
        5.2.1 尺寸稳定性研究
        5.2.2 SiC颗粒体积分数对材料热膨胀系数的影响
        5.2.3 SiC颗粒尺寸对材料热膨胀系数的影响
        5.2.4 复合材料的热膨胀系数变化分析
    5.3 复合材料的导热性能
        5.3.1 复合材料导热系数的测试
        5.3.2 导热系数的理论模型分析
        5.3.3 导热机制分析
    5.4 小结
第六章 SiCp/Al复合材料热加工性能研究
    6.1 引言
    6.2 SiCp/Al复合材料热变形流变行为
        6.2.1 真应力—真应变曲线
        6.2.2 热变形本构方程的建立及验证
        6.2.3 复合材料热变形中微观组织研究
    6.3 复合材料的DMM加工图及显微组织
        6.3.1 DMM加工图
        6.3.2 复合材料热加工图分析
        6.3.3 不同SiC颗粒尺寸和体积分数复合材料的热加工图分析
    6.4 复合材料的动态再结晶行为研究
        6.4.1 动态再结晶临界应变的求解方法
        6.4.2 不同SiC颗粒尺寸和含量对动态再结晶临界应变的影响规律
        6.4.3 临界应变模型
    6.5 小结
第七章 结论
参考文献
附录
在学期间发表的学术论文及研究成果
致谢



本文编号：3769613